Đĩa mã hóa từ tính

'Nhận thức chung' trong Rô-bốt: Tiết lộ cách đĩa mã hóa từ tính giúp rô-bốt chuyển động nhanh nhẹn

Trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, robot có thể thực hiện các hành động có độ khó cao như khiêu vũ, thực hiện phẫu thuật hay thậm chí là parkour. Đằng sau khả năng này là một thành phần quan trọng: khớp . Đối với các rô-bốt hiện đại—dù là rô-bốt công nghiệp hay rô-bốt hình người—mỗi khớp không chỉ đòi hỏi những 'cơ bắp' (động cơ) mạnh mẽ mà còn cả những 'dây thần kinh' cấp tính để nhận biết các góc và vị trí. Cốt lõi của những 'dây thần kinh' này là nhân vật chính trong cuộc thảo luận của chúng ta hôm nay: đĩa mã hóa từ tính.

Bộ mã hóa là gì? 'Khả năng nhận thức' của Robot

Hãy tưởng tượng bạn có thể chạm vào mũi một cách chính xác khi nhắm mắt lại. Điều này có thể thực hiện được vì cơ và khớp của bạn sẽ cung cấp thông tin về vị trí cho não của bạn. Trong lĩnh vực robot, bộ mã hóa đóng vai trò tương tự. Nó là một cảm biến chuyển đổi chuyển động cơ học (chẳng hạn như góc quay và tốc độ) thành tín hiệu điện, cung cấp dữ liệu vị trí, vận tốc và hướng quan trọng cho hệ thống điều khiển của robot, từ đó tối ưu hóa hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Hiện nay, có ba loại công nghệ mã hóa chính: quang, từ và điện dung. Từ lâu, bộ mã hóa quang học đã là sự lựa chọn phổ biến trên thị trường do độ chính xác cao. Chúng hoạt động giống như một đầu đĩa CD chính xác, xác định vị trí bằng cách đọc các dòng trong suốt và mờ trên đĩa được mã hóa.

Tuy nhiên, bộ mã hóa quang học phải đối mặt với một số thách thức cố hữu trong các ứng dụng robot:

1. Dễ bị nhiễm bẩn : Bụi và dầu có thể cản trở đường dẫn quang, dẫn đến mất tín hiệu.

2. Dễ bị rung : Các đĩa thủy tinh được sử dụng trong bộ mã hóa quang học dễ bị vỡ khi rô-bốt chuyển động hoặc va chạm ở tốc độ cao.

3. Kích thước và mức tiêu thụ điện năng : Bộ mã hóa quang học có độ phân giải cao thường có hệ số dạng lớn hơn và mức tiêu thụ điện năng cao hơn.

Trong bối cảnh đó, bộ mã hóa từ tính đã bắt đầu tỏa sáng trong lĩnh vực khớp robot, tận dụng những lợi thế độc đáo của chúng.

Đĩa mã hóa từ tính: 'Ánh xạ' Chuyển động bằng từ trường

Cấu trúc của bộ mã hóa từ tính tương tự như cấu trúc của bộ mã hóa quang học, nhưng nó sử dụng từ trường thay vì chùm ánh sáng. Thành phần cốt lõi của nó là một đĩa mã hóa từ tính . Đĩa nhỏ này có một dãy các cực từ xen kẽ (giống như vô số cực bắc và cực nam nhỏ).

Khi đĩa quay cùng với trục động cơ, các từ trường xen kẽ này được phát hiện bởi các cảm biến từ điện trở hoặc cảm biến Hall gần đó . Các cảm biến chuyển đổi các biến đổi từ trường thành tín hiệu điện, sau đó được xử lý bằng mạch điện để tính toán vị trí chính xác của trục.

Nếu chúng ta ví bộ mã hóa quang học giống như việc 'đọc cách tử' thì bộ mã hóa từ tính giống như 'diễn giải bản đồ từ trường'.'

Tại sao các khớp robot lại ưa chuộng bộ mã hóa từ tính?

Trong những năm gần đây, với sự gia tăng về trí thông minh và robot hình người, bộ mã hóa từ tính đã trở thành lựa chọn được ưa chuộng trong thiết kế mô-đun chung vì một số lý do:

1. Độ bền vốn có, không bị ảnh hưởng bởi môi trường khắc nghiệt
   Các khớp robot thường chứa đầy dầu bôi trơn và có thể hoạt động trong môi trường bụi bặm. Bộ mã hóa quang học có thể bị mờ 'tầm nhìn' trong những điều kiện như vậy. Ngược lại, bộ mã hóa từ tính, là cảm biến từ trường không tiếp xúc, có khả năng 'miễn nhiễm' với bụi, dầu và hơi ẩm, mang lại độ tin cậy cao cũng như khả năng chống rung và sốc tuyệt vời.

2. Kích thước nhỏ gọn và cấu trúc phẳng

   Các khớp robot hiện đại cố gắng tạo ra 'mô-đun năng lượng tích hợp', đòi hỏi sự tích hợp cao của động cơ, bộ giảm tốc và bộ truyền động. Bộ mã hóa từ tính loại bỏ nhu cầu về nguồn sáng cồng kềnh và hệ thống thấu kính quang học; các con chip và đĩa có thể được chế tạo rất mỏng, tạo điều kiện thuận lợi cho các thiết kế khớp nối 'thu nhỏ, nhẹ và phẳng'.

3. Đột phá về độ phân giải cao để kiểm soát lực chính xác

   Người ta thường nói rằng độ chính xác của bộ mã hóa từ tính tụt hậu so với bộ mã hóa quang học. Tuy nhiên, điều này đang thay đổi. Tại Hội chợ công nghệ cao Trung Quốc (CHTF) 2024, các nhà sản xuất trong nước đã trưng bày các đĩa mã hóa từ tính có độ chính xác cao đạt độ phân giải 19 bit hoặc thậm chí 20 bit . Ví dụ: bằng cách sắp xếp các cặp cực từ phức tạp—chẳng hạn như '126 cực ở vòng trong và 128 cực ở vòng ngoài'—trên một đĩa rất nhỏ, cảm biến có thể phát hiện những chuyển động cực kỳ nhỏ. Điều này cho phép robot thực hiện các hoạt động phức tạp, chẳng hạn như lắp ráp các bộ phận chính xác.

4. Lợi thế về chi phí và lợi ích bản địa hóa

   Trong một thời gian dài, thị trường bộ mã hóa từ tính có độ phân giải cao (ví dụ: 19 bit, 20 bit) bị các công ty nước ngoài thống trị, khiến chúng trở nên đắt đỏ với thời gian thực hiện dài—một ví dụ điển hình về nút thắt cổ chai công nghệ. Ngày nay, các công ty trong nước như Yuzhi Power Technology đã đạt được những bước đột phá. Công nghệ của họ đã đạt đến đẳng cấp thế giới, đồng thời giá thành giảm xuống còn 1/2 hoặc 2/3 sản phẩm nhập khẩu, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất robot nội địa.

Biên giới công nghệ: Từ 'Một vòng' đến 'Đa vòng quay' Từ 'Cảm biến' đến 'Thông minh'

Khi các kịch bản ứng dụng robot mở rộng, công nghệ mã hóa từ tính tiếp tục phát triển:

• Bộ nhớ vị trí tuyệt đối : Bộ mã hóa từ tính cao cấp hiện hỗ trợ chức năng 'nhiều lượt'. Ngay cả khi khớp robot bị di chuyển bởi ngoại lực sau khi mất điện, bộ mã hóa, chạy bằng pin, có thể ghi lại số vòng quay và biết ngay vị trí tuyệt đối khi khởi động lại, loại bỏ nhu cầu định vị lại.

• Thuật toán chống nhiễu : Để chống nhiễu điện từ mạnh do động cơ đang chạy tạo ra, các chip mã hóa từ tính hiện đại (ví dụ: chip sử dụng công nghệ AMR) tích hợp thuật toán bù lỗi góc động, đảm bảo đầu ra tín hiệu ổn định ngay cả trong môi trường ồn ào.

• Những đổi mới trong sản xuất đĩa : Từ hóa chính xác theo truyền thống là một thách thức lớn đối với đĩa từ. Giờ đây, thông qua các kỹ thuật độc đáo như 'từ hóa một lần', độ chính xác của đĩa từ sản xuất trong nước đã được nâng cao đáng kể, tạo nền tảng vững chắc cho các khớp nối robot có độ chính xác cao.

Nếu động cơ là trái tim của robot thì bộ mã hóa từ tính, kết hợp với một đĩa có độ chính xác cao, là 'dây thần kinh cảm nhận bản thể' của robot. Nó không chỉ cho phép robot nhận biết tư thế của chính nó mà còn cho phép robot có khả năng hoạt động ổn định và chính xác trong môi trường phức tạp.